深入理解C语言(2)：字符、字符串与内存函数

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• 文章主题：字符、字符串与内存函数🌏
• 所属专栏：深入理解C语言📔
• 作者简介：更新有关深入理解C语言知识的博主一枚，记录分享自己对C语言的深入解读。😆
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前言

字符函数属于库文件ctype.h，而字符串与内存函数属于库文件string.h，那么它们分别具有什么样的功能呢？我们又能否在C语言中对其进行模拟呢？下面是我有关这些函数的介绍以及对其中的一些函数进行的模拟。

函数介绍

一. 字符函数

1. 字符分类函数

函数声明	返回真的参数条件
int iscntrl ( int c );	任何控制字符
int isspace ( int c );	’ ‘(空白字符/空格), ‘\f’(换页), ‘\n’(换行), ‘\t’(制表符), ‘\v’(垂直制表符) , ‘\r’(回车)
int isdigit ( int c );	十进制数字 ‘0’-‘9’
int isxdigit ( int c );	十六进制数字，包括所有十进制数字，小写字母 ‘a’-‘f’，大写字母 ‘A’-‘F’
int islower ( int c );	小写字母 ‘a’-‘z’
int isupper ( int c );	大写字母 ‘A’-‘Z’
int isalpha ( int c );	字母 ‘A’-‘Z’ ‘a’-‘z’
int isalnum ( int c );	字母 ‘A’-‘Z’ ‘a’-‘z’ ‘0’-‘9’
int ispunct ( int c );	标点符号，任何不属于数字或者字母的图形字符（可打印）
int isgraph ( int c );	任何图形字符
int isprint ( int c );	任何可打印字符，包括图形字符和空白字符

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2. 字符转换函数

函数	效果
int tolower ( int c );	大写字母转成小写字母返回，小写字母仍以小写字母返回
int toupper ( int c );	小写字母转成大写字母返回，大写字母仍以大写字母返回

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二. 字符串函数

1. 求字符串长度

strlen

size_t strlen ( const void* str );

• 字符串以'\0'作为结束标志，strlen函数返回的是在字符串中'\0'前面出现的字符个数（不包含'\0'）。
• 参数指向的字符串必须要以'\0'结束。
• 注意函数的返回值为size_t，是无符号的。（易错）
• 学会strlen函数的模拟实现。

例：

/* strlen example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char szInput[256];
  printf ("Enter a sentence: ");
  gets (szInput);
  printf ("The sentence entered is %u characters long.\n",(unsigned)strlen(szInput));
  return 0;
}

输出：

Enter sentence: just testing
The sentence entered is 12 characters long.

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2. 长度不受限制的字符串函数

strcpy

char* strlen ( char* destination, const char* source );

• 将source指向的 C 字符串复制到destination指向的数组中，包括'\0'（并在该点处停止）。

• 为避免溢出，destination指向的数组的大小应足够长，以包含与source相同的 C 字符串（包括'\0'），并且不应在内存中与source重叠。

例：

/* strcpy example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char str1[]="Sample string";
  char str2[40];
  char str3[40];
  strcpy (str2,str1);
  strcpy (str3,"copy successful");
  printf ("str1: %s\nstr2: %s\nstr3: %s\n",str1,str2,str3);
  return 0;
}

输出：

str1: Sample string
str2: Sample string
str3: copy successful

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strcat

char* strcat ( char* destination, const char* source );

• 将source字符串的内容衔接到destination字符串之后。destination 中的'\0'被 source 的第一个字符覆盖，并且'\0'会包含在由destination中两者的串联形成的新字符串的末尾。

例：

/* strcpy example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char str1[]="Sample string";
  char str2[40];
  char str3[40];
  strcpy (str2,str1);
  strcpy (str3,"copy successful");
  printf ("str1: %s\nstr2: %s\nstr3: %s\n",str1,str2,str3);
  return 0;
}

输出：

these strings are concatenated.

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strcmp

int strcmp ( const char* str1, const char* str2 );

• 将 C 字符串 str1 与 C 字符串 str2 进行比较。

• 此函数开始相同位置对应比较每个字符串的字符。如果它们彼此相等，则继续往下比较，直到字符不同或达到'\0'为止。

例：

/* strcmp example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char key[] = "apple";
  char buffer[80];
  do {
   
     printf ("Guess my favorite fruit? ");
     fflush (stdout);
     scanf ("%79s",buffer);
  } while (strcmp (key,buffer) != 0);
  puts ("Correct answer!");
  return 0;
}

输出：

Guess my favourite fruit? orange
Guess my favourite fruit? apple
Correct answer!

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3. 长度受限制的字符串函数

strncpy

char* strncpy ( char* destination, const char* source, size_t num );

• 将source的前 num 个字符复制到destination。如果在复制 num 个字符之前找到source C 字符串的末尾（由'\0'表示），则destination将用0(即0所代表的'\0')填充，直到总共写入 num 个字符。

• 如果source的长度大于 num，则不会在目标末尾隐式追加'\0'。因此，在这种情况下，destination不一定能被视为以'\0'结尾的 C 字符串（这样读取它会溢出）。

• destination和source不得重叠（重叠时更安全的替代方案为Memmove）。

例：

/* strncpy example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char str1[]= "To be or not to be";
  char str2[40];
  char str3[40];

  /* copy to sized buffer (overflow safe): */
  strncpy ( str2, str1, sizeof(str2) );

  /* partial copy (only 5 chars): */
  strncpy ( str3, str2, 5 );
  str3[5] = '\0';   /* null character manually added */

  puts (str1);
  puts (str2);
  puts (str3);

  return 0;
}

输出：

To be or not to be
To be or not to be
To be 

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strncat

char* strncat ( char* destination, const char* source, size_t num );

• 将source的前 num 个字符衔接到destination之后，外加一个'\0'。

• 如果source中 C 字符串的长度小于 num，则仅复制'\0'之前的内容。

例：

/* strncat example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char str1[20];
  char str2[20];
  strcpy (str1,"To be ");
  strcpy (str2,"or not to be");
  strncat (str1, str2, 6);
  puts (str1);
  return 0;
}

输出：

To be or not

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strncmp

int strncmp ( const char* str1, const char* str2, size_t num );

• 将 C 字符串 str1 的字符数与 C 字符串 str2 的字符数进行比较。
• 此函数开始比较每个字符串的第一个字符。如果它们彼此相等，则继续往下比较，直到字符不同或达到'\0'，或直到两个字符串中的num个字符相同。

例：

/* strncmp example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char str[][5] = {
    "R2D2" , "C3PO" , "R2A6" };
  int n;
  puts ("Looking for R2 astromech droids...");
  for (n=0 ; n<3 ; n++)
    if (strncmp (str[n],"R2xx",2) == 0)
    {
   
      printf ("found %s\n",str[n]);
    }
  return 0;
}

输出：

Looking for R2 astromech droids...
found R2D2
found R2A6

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4. 其他

strstr

const char* strstr ( const char* str1, const char* str2 );

• 返回指向 str1 中第一次出现的 str2 的指针，如果 str2 不是 str1 的一部分，则返回一个NULL指针。

• 匹配过程不包括'\0'，但匹配会停止到此为止。

例：

/* strstr example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char str[] ="This is a simple string";
  char * pch;
  pch = strstr (str,"simple");
  if (pch != NULL)
    strncpy (pch,"sample",6);
  puts (str);
  return 0;
}

输出：

This is a sample string

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strtok

char* strtok ( char* str, const char* delimiters );

• 对此函数的一系列调用将 str 拆分为标记，这些标记是由分隔符中的任何字符分隔的连续字符序列。

• 在第一次调用时，该函数需要一个 C 字符串作为 str 的参数，str 的第一个字符用作扫描delimiters的起始位置。在后续调用中，该函数需要一个NULL指针，并使用最后一个标记末尾之后的位置作为扫描的新起始位置。

• 为了确定标记的开头和结尾，该函数首先从起始位置扫描delimiters中未包含的第一个字符（该字符成为标记的开头）。然后从标记的开头开始扫描分隔符中包含的第一个字符，该字符成为标记的末尾。如果找到'\0'，扫描也会停止。

• delimiters的这一末尾会自动替换为'\0'，并且delimiters的开头由函数返回。

• 在对 strtok 的调用中找到 str 的'\0'后，对此函数的所有后续调用（以NULL指针作为第一个参数）将返回 null 指针。

• 找到最后一个delimiters的点由要在下一次调用中使用的函数在内部保存（不需要特定的库实现来避免数据争用）。

例：

/* strtok example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char str[] ="- This, a sample string.";
  char * pch;
  printf ("Splitting string \"%s\" into tokens:\n",str);
  pch = strtok (str," ,.-");
  while (pch != NULL)
  {
   
    printf ("%s\n",pch);
    pch = strtok (NULL, " ,.-");
  }
  return 0;
}

输出：

Splitting string "- This, a sample string." into tokens:
This
a
sample
string

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strerror

char* strerror ( int errnum );

• 解释 errnum 的值，生成一个字符串，其中包含一条描述错误条件的消息，就像由库的函数设置为 errno 一样。

• 返回的指针指向静态分配的字符串，程序不得修改该字符串。对此函数的进一步调用可能会覆盖其内容（不需要特定的库实现来避免数据争用）。

• strerror 生成的错误字符串可能特定于每个系统和库实现。

例：

/* strerror example : error list */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main ()
{
   
  FILE * pFile;
  pFile = fopen ("unexist.ent","r");
  if (pFile == NULL)
    printf ("Error opening file unexist.ent: %s\n",strerror(errno));
  return 0;
}

输出：

Error opening file unexist.ent: No such file or directory

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perror(与字符串函数strerror效果相似的打印函数，属于<stdio.h>(标准输入输出库))

void perror ( const char* str );

• 将 errno 的值解释为错误消息，并将其打印到 stderr（标准错误输出流，通常是控制台），可以选择在其前面加上 str 中指定的自定义消息。

• errno 是一个整数变量，其值描述调用库函数生成的错误条件或诊断信息（C 标准库的任何函数都可以为 errno 设置值，即使此引用中未明确指定，即使没有发生错误），有关详细信息，请参阅 errno。

• perror 生成的错误消息与平台相关。

• 如果参数 str 不是 null 指针，则打印 str，后跟冒号 : 和空格。然后，无论 str 是否为 null 指针，都会打印生成的错误说明，后跟换行符 '\n'。

• perror 应该在产生错误后立即调用，否则可能会被调用其他函数覆盖。

例：

/* perror example */
#include <stdio.h>

int main ()
{
   
  FILE * pFile;
  pFile=fopen ("unexist.ent","rb");
  if (pFile==NULL)
    perror ("The following error occurred");
  else
    fclose (pFile);
  return 0;
}

输出：

The following error occurred: No such file or directory

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三. 内存函数

memcpy

void* memcpy ( void* destination, const void* source, size_t num );

• 将 num 字节的值从source指向的位置直接复制到destination指向的内存块。

• source指针和destination指针指向的对象的基础类型与此函数无关;结果是数据的二进制副本。

• 该函数不检查source中的任何'\0'——它始终准确复制 num 个字节。

• 为避免溢出，destination参数和source参数指向的数组的大小应至少为 num 个字节，并且不应重叠（对于重叠的内存块，memmove 是一种更安全的方法）

例：

/* memcpy example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

struct {
   
  char name[40];
  int age;
} person, person_copy;

int main ()
{
   
  char myname[] = "Pierre de Fermat";

  /* using memcpy to copy string: */
  memcpy ( person.name, myname, strlen(myname)+1 );
  person.age = 46;

  /* using memcpy to copy structure: */
  memcpy ( &person_copy, &person, sizeof(person) );

  printf ("person_copy: %s, %d \n", person_copy.name, person_copy.age );

  return 0;
}

输出：

person_copy: Pierre de Fermat, 46

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memmove

void* memmove ( void* destination, const void* source, size_t num );

• 将 num 字节的值从source指向的位置复制到destination指向的内存块。复制就像使用中间缓冲区一样进行，允许destination和source重叠。

• source指针和destination指针所指向的对象的基础类型与此函数无关;结果是数据的二进制副本。

• 该函数不检查source中的任何'\0'——它始终准确复制 num 个字节。

• 为避免溢出，destination参数和source参数所指向的数组的大小应至少为 num 个字节。

例：

/* memmove example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char str[] = "memmove can be very useful......";
  memmove (str+20,str+15,11);
  puts (str);
  return 0;
}

输出：

memmove can be very very useful.

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memcmp

int memcmp ( const void* ptr1, const void* ptr2, size_t num );

• 将 ptr1 指向的内存块的第一个字节与 ptr2 指向的第一个 num 字节进行比较，如果它们都匹配，则返回零，或者返回一个不同于零的值，如果它们不匹配，则表示哪个值更大。 请注意，与 strcmp 不同，该函数在找到 null 字符后不会停止比较。

例：

/* memcmp example */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main ()
{
   
  char buffer1[] = "DWgaOtP12df0";
  char buffer2[] = "DWGAOTP12DF0";

  int n;

  n=memcmp ( buffer1, buffer2, sizeof(buffer1) );

  if (n>0) printf ("'%s' is greater than '%s'.\n",buffer1,buffer2);
  else if (n<0) printf ("'%s' is less than '%s'.\n",buffer1,buffer2);
  else printf ("'%s' is the same as '%s'.\n",buffer1,buffer2);

  return 0;
}

输出：

'DWgaOtP12df0' is greater than 'DWGAOTP12DF0'.

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函数模拟实现

字符串函数

my_strlen

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
size_t my_strlen(const char* str)
{
   
	assert(str);
	int i = 0;
	while (str[i])//计数器，到'\0'时退出循环，停止计数
		i++;
	return i;
}
int main()
{
   
	char str[100] = {
    0 };
	scanf("%s", str);
	printf("lens: %zd", my_strlen(str));
	return 0;
}

my_strcpy

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
char* my_strcpy(char* dest, const char* src)
{
   
	assert(dest && src);
	int i = 0;
	while (dest[i] = src[i++])//复制到'\0'时，条件判断为0，跳出while循环，复制动作停止
		;
	return dest;
}
int main()
{
   
	char str1[100] = {
    0 }, str2[100] = {
    0 };
	scanf("%s%s", str1, str2);
	printf("cpyed: %s", my_strcpy(str1, str2));
	return 0;
}

my_strcmp

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
int my_strcmp(const char* str1, const char* str2)
{
   
	assert(str1 && str2);
	int i = 0;
	while (str1[i] || str2[i])//c1=c2且不是均为'\0'时进入循环
	{
   
		if (str1[i] - str2[i])//如果对应字符不相同的话，则返回它们的差值
		                      //（可保证c1>c2时返回>0;c1<c2时返回<0）
			return str1[i] - str2[i];
		i++;
	}
	return 0;//c1=c2且均为'\0'则终止循环，两字符串相同返回0
}
int main()
{
   
	char str1[100] = {
    0 }, str2[100] = {
    0 };
	scanf("%s%s", str1, str2);
	printf("%d", my_strcmp(str1, str2));
	return 0;
}

my_strcat

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
char* my_strcat(char* dest, const char* src)
{
   
	assert(dest && src);
	char* cat = dest + strlen(dest), i = 0;//定义及赋值衔接处的地址变量
	while (cat[i] = src[i++])//如果没到'\0'就会继续赋值
		;
	return dest;//返回赋值后的字符串地址
}
int main()
{
   
	char str[20] = {
    0 };
	strcpy(str, "Hello ");
	my_strcat(str, "bit!");
	puts(str);
	return 0;
}

my_strstr

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
const char* my_strstr(const char* str1, const char* str2)
{
   
	assert(str1 && str2);
	if (str2[0] == '\0')
		return str1;
	const char* cp = str1;//记录原字符串中的子字符串比较位置
	const char* s1;//str1单位字符比较指针
	const char* s2;//str2单位字符比较指针
	while (*cp)
	{
   
		s1 = cp;
		s2 = str2;
		while (*s1&&*s2&&*s1 == *s2)
		{
   
			s1++;
			s2++;
		}
		if (*s2 == '\0')
			return cp;
		cp++;
	}
	return NULL;
}
int main()
{
   
	char str1[] = "abbbcdef", str2[] = "bcd";
	if (my_strstr(str1, str2) == NULL)
		printf("NULL");
	else
		printf("%s", my_strstr(str1, str2));
	return 0;
}

my_strncpy

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
char* strncpy(char* dest, const char* src, size_t num)
{
   
	assert(dest && src);
	int lens = strlen(src);
	for (int i = 0; i < num; i++)
	{
   
		if (i < lens)
			dest[i] = src[i];
		else//num大于lens时，在dest中填充0
			dest[i] = 0;
	}
	return dest;
}
int main()
{
   
	char str1[] = "abcdefghijk", str2[] = "Wang";
	printf("%s", strncpy(str1, str2, 7));
	return 0;
}

my_strncat

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
char* my_strncat(char* dest, const char* src, size_t num)
{
   
	assert(dest && src);
	int lens = strlen(dest);
	char* pc = dest + lens;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < num; i++)
	{
   
		if (i == lens)//检测到赋值到'\0'时, 立马停止赋值
			break;
		pc[i] = src[i];
	}
	pc[i] = '\0';//衔接完之后的字符串追加一个'\0'作为字符串的结尾
	return dest;
}
int main()
{
   
	char str1[10] = "abc", str2[] = "zzzzz";
	printf("%s", my_strncat(str1, str2, 4));
	return 0;
}

内存函数

my_memmove

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void* memmove(void* dest, const void* src, size_t num)
{
   
	if (dest < src)//前->后赋值
	{
   
		for (int i = 0; i < num; i++)
			((char*)dest)[i] = ((const char*)src)[i];
	}
	else//后->前赋值
	{
   
		for (int i = num - 1; i >= 0; i--)
			((char*)dest)[i] = ((const char*)src)[i];
	}
	return dest;
}
int main()
{
   
	char str[] = "abcdef";
	printf("%s", memmove(str, str + 3, 3));
	return 0;
}

my_memcpy

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t num)
{
   
	assert(dest && src);
	char* cp = dest;
	for (int i = 0; i < num; i++)
		*(cp + i) = *(((const char*)src)+i);//通过强转为char类型来进行以字节为单位的循环复制内存结构
	return dest;
}
struct
{
   
	char name[15];
	int age;
}person, person_copy;
int main()
{
   
	char myname[] = "Petter";
	person.age = 19;
	my_memcpy(person.name, myname, sizeof(myname));
	my_memcpy(&person_copy, &person, sizeof(person));
	printf("person_copy: %s, %d\n", person_copy.name, person_copy.age);
	return 0;
}

结语

以上就是我对字符、字符串与内存函数的介绍以及对其中一些的函数模拟，希望你能够对这些函数有更加深刻的理解。设计逻辑上有所不足的欢迎评论区积极进行指正，让我们共同成长，一起进步！

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